Fahrzeuggerät für ein Strassenmautsystem

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeuggerät für ein Straßenmautsystem, mit einem Sendeempfänger zur Kurzreichweiten-Funkkommunikation wahlweise mit Mautbaken oder mit gegenüber diesen tiefer liegenden Kontrollbaken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Straßenmautsysteme mit Fahrzeuggeräten (Onboard Units, OBUs), die mit straßenseitigen Kurzreichweiten-Funkbaken zusammenarbeiten, erlauben eine Verortung der OBUs aufgrund der bekannten Orte der Baken und deren räumlich begrenzter Funkabdeckungsbereiche. Dadurch können Ortsnutzungen der OBU vergebührt werden, beispielsweise in Form von Wege-, Eintritts- oder Parkmaut.

[0003] Zur Erhöhung der Ortungsgenauigkeit und um Störungen durch Drittfahrzeuge hintanzuhalten ist eine möglichst kurze Reichweite der Funkkommunikation von Vorteil, die nur durch die Mindestzeit für eine Funkkommunikation limitiert ist. Zu diesem Zweck werden OBUs derzeit mit einer nach oben strahlenden Richtantenne ausgestattet, welche mit über der Fahrbahn angeordneten Mautbaken in einem eng begrenzten Funkabdeckungsbereich zusammenwirkt.

[0004] Zur Kontrolle von derartigen Straßenmautsystemen werden in zunehmendem Maße mobile Kontrollbaken eingesetzt, welche zu Kontrollzwecken die Funktionalität einer ortsfesten Mautbake einnehmen und von einem Kontrollfahrzeug mitgeführt werden, um OBU-Baken-Kommunikationen von Fahrzeugen im fließenden Verkehr zu kontrollieren. Hier stellt die kurze Funkreichweite herkömmlicher OBUs ein Problem dar, insbesondere wenn Fahrzeuge des Gegenverkehrs kontrolliert werden sollen, weil aufgrund der hohen Relativgeschwindigkeit und kurzen Funkreichweite die Zeit für eine Funkkommunikation zu kurz sein kann. Darüber hinaus erreichen Kontrollfahrzeuge in der Regel nicht die Montagehöhe ortsfester Mautbaken, was die Kommunikation weiter erschwert.

[0005] Aus der US 6,061,029 ist ein Fahrzeugantennen-Gerät der eingangs genannten Art bekannt, welches zwei mechanisch verstellbare Antennen auf Referenzpositionen fixiert oder das Umfeld abtastend bewegt und anhand der Leistung der Empfangssignale jeweils eine Antenne für die Kommunikation auswählt. Abgesehen von der aufwändigen Verstellmechanik sind in diesem Fall eine parallele Leistungsmessung beider Antennen mit Auswertelogik und eine zusätzliche Entscheidungsinstanz erforderlich.

[0006] Die WO 2010/045966 beschreibt ein Fahrzeug-Kommunikationssystem für Car-to-Car- und Car-to-Infrastructure-Verbindungen, in welchem die Nachrichten um Metadaten mit zusätzlichen Routing-Informationen ergänzt werden. Jeder Kommunikationsteilnehmer ist Router und wählt die zur Nachrichtenweiterleitung am besten geeignete(n) Antenne(n) anhand der ausgewerteten Routing-Informationen. Da in Straßenmautsystemen eingesetzte Fahrzeuggeräte meist keine Routing-Funktion aufweisen und zusätzliche Metadaten in den Nachrichten eine Neu-Standardisierung und in der Folge den gleichzeitigen Tausch aller bestehenden Fahrzeuggeräte erfordern, ist die beschriebene Vorgehensweise nicht befriedigend.

[0007] Die Erfindung setzt sich zum Ziel, ein Fahrzeuggerät für ein Straßenmautsystem zu schaffen, welches die geschilderten Probleme des Standes der Technik überwindet.

[0008] Dieses Ziel wird mit einem Fahrzeuggerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.

[0009] Auf diese Weise wird eine OBU mit einem sich an den Ort und damit die Funktion ihres jeweiligen Kommunikationspartners anpassendenen Funkabdeckungsbereich geschaffen. Die OBU erfährt bei der Kontaktaufnahme von einer Maut- oder Kontrollbake von deren Identität und kann auf Grundlage dieser Information die passende Antennencharakteristik einstellen:

[0010] Für die Verortungsfunktion von in der Regel ortsfesten Mautbaken wird eine nach oben bzw. schräg nach oben-vorne strahlende Antennencharakteristik eingestellt, und für die Kontrollmöglichkeit durch in der Regel mobile Kontrollbaken des umgebenden Fließverkehrs wird eine seitliche oder "flachere", bevorzugt rund um seitlich gerichtete oder auch omnidirektionale Antennencharakteristik eingestellt. Dadurch kann eine hohe Verortungsgenauigkeit in der einen Stellung mit einer guten Kontrollansprache in der anderen Stellung kombiniert werden.

[0011] Für den Einsatz der OBU in einem DSRC-Straßenmautsystem (dedicated short range communication) ist es besonders günstig, wenn die genannte Kennung eine BST-Nachricht (beacon service table message) nach dem DSRC-Standard ist, wie sie als erste Kontaktaufnahme von Mautbaken des DSRC-Standards ausgesandt wird. Eine solche BST-Nachricht kann eine OBU beispielsweise auch aus einem stromsparenden Standby-Modus aufwecken.

[0012] Bevorzugt ist die OBU vor Beginn einer Funkkommunikation auf die zweite Antennencharakteristik eingestellt, um für Kontrollbaken jederzeit gut ansprechbar zu sein.

[0013] Das Fahrzeuggerät der Erfindung eignet sich für alle Arten von Straßenmautsystemen auf Basis von Kurzreichweiten-Funkbaken, beispielsweise nach dem WLAN- oder WAVE-Standard. Besonders günstig ist sein Einsatz in einem DSRC-Straßenmautsystem, für welchen Fall der Sendeempfänger ein DSRC-Sendeempfänger ist, bevorzugt nach dem CEN- oder WAVE-Standard.

[0014] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Fahrzeuggeräts schematisch in einem beispielhaften Straßenmautsystem; und

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Fahrzeuggeräts gemäß der Erfindung.

[0015] Gemäß Fig. 1 umfasst ein Straßenmautsystem 1 eine Vielzahl von über ein geografisches Gebiet verteilten Mautbaken 2, von denen nur eine stellvertretend gezeigt ist. Die Mautbaken 2 sind jeweils ortsfest an einer Straße 3 aufgestellt. Unter den hier verwendeten Begriff "ortsfest" fallen sowohl dauerhaft verankerte als auch transportable und nur temporär an einer Straße 3 aufgestellte Mautbaken 2. In jedem Fall ist der Ort O ihrer Aufstellung im Straßenmautsystem 1 bekannt.

[0016] Die Mautbaken 2 sind Kurzreichweiten-Funkbaken, bevorzugt nach dem DSRC-Standard (dedicated short range communication standard), und dienen dazu, Kurzreichweiten- bzw. DSCR-Funkkommunikationen 4 mit Fahrzeuggeräten 5 (onboard units, OBUs) passierender Fahrzeuge 6 durchzuführen. Zu diesem Zweck verfügen die OBUs 5 ihrerseits über Kurzreichweiten- bzw. DSCR-Sendeempfänger 7, welche später noch ausführlicher anhand von Fig. 2 erläutert werden. Auf Grundlage der Funkkommunikationen 4 werden von den Mautbaken 2 anschließend Mauttransaktionen erzeugt und beispielsweise über eine Datenverbindung an eine (nicht dargestellte) Zentrale des Straßenmautsystems 1 abgesetzt.

[0017] Die ortsfesten Mautbaken 2 sind neben oder über der Straße 3 in einer gewissen Höhe angeordnet, beispielsweise an einem die Straße 3 überspannenden Brückenträger, einem neben der Straße 3 angeordneten Mast od.dgl. Zur genauen Lokalisierung der OBUs 5 auf die Umgebung einer Bake 2 nimmt der Sendeempfänger 7 einer OBU 5 bei einer Kurzreichweiten-Funkkommunikation 4 mit einer Mautbake 2 eine erste Antennencharakteristik ein, welche auf einen Bereich 8 über der OBU 5 gerichtet ist. Der Bereich 8 ist beispielsweise ein kegel- bzw. keulenförmig nach oben oder schräg nach oben ("himmelwärts") bzw. insbesondere schräg nach vorne und oben ausgerichteter Sendeempfangsbereich.

[0018] Diese für die Mautbaken-Funkkommunikationen 4 vorteilhafte Ausrichtung des Funkabdeckungsbereichs der OBU 5 ist andererseits nachteilig, wenn die OBU 5 von mobilen Kontrollbaken 9 aus abgefragt werden soll. Die Kontrollbaken 9 werden beispielsweise von einem Kontrollfahrzeug 10 mitgeführt, das sich auf der Straße 3 beispielsweise in gleicher oder entgegengesetzter Fahrtrichtung zum Fahrzeug 6 bewegt. Die Kontrollbaken 9 können aber auch ortsfest sein, z.B. am Straßenrand aufgestellt, beispielsweise bei Einfahrten zu Parkgaragen. Die Kontrollbaken 9 liegen vergleichsweise tiefer als die Mautbaken 2 bezüglich der OBU 5.

[0019] Damit die Kontrollbaken 9 Kurzreichweiten-Funkkommunikationen 11 mit der OBU 5 eines kontrollierten Fahrzeugs 6 durchführen können, nimmt die OBU 5 hiefür eine zweite Antennencharakteristik ein, die einen Funkabdeckungsbereich 12 hat, welcher den Bereich vor, gegebenenfalls auch neben bzw. rund um das Fahrzeug 6 bzw. die OBU 5 umfasst, wie in Fig. 1 gezeigt. Der Bereich 12 kann den Bereich 8 mitumfassen. Bevorzugt zeigt der Funkabdeckungsbereich 12 etwa horizontal vor das Fahrzeug 6, allenfalls auch noch leicht seitlich keulenförmig vor das Fahrzeug 6. Der Funkabdeckungsbereich 12 liegt damit vergleichsweise "tiefer" als der Funkabdeckungsbereich 8.

[0020] Die OBU 5 ist somit befähigt, zwei unterschiedliche Antennencharakteristiken und damit Funkabdeckungsbereiche 8, 12 anzunehmen, u.zw. je nachdem, ob sie eine Funkkommunikation 4 mit einer Mautbake 2 oder eine Funkkommunikation 11 mit einer Kontrollbake 9, insbesondere des umgebenden Fließ- oder Gegenverkehrs, durchführt. Dies wird nun anhand von Fig. 2 ausführlicher erläutert.

[0021] Gemäß Fig. 2 hat der Sendeempfänger 7 der OBU 5 eine Antennenanlage 13, welche zwischen zwei Antennencharakteristiken umschaltbar ist, u.zw. einmal für den Funkversorgungs- bzw. Abdeckungsbereich 8 und einmal für den Funkversorgungs- bzw. Abdeckungsbereich 12. Die jeweilige Antennencharakteristik ist z.B. über eine Steuerleitung 14 der Antennenanlage 13 einstellbar.

[0022] Beispielsweise kann die Antennenanlage 13 zwei Antennen 15, 16 umfassen, die über einen - schematisch zu verstehenden - Umschalter 17 durch ein Signal von der Steuerleitung 14 her umschaltbar sind. Die Antennenanlage 13 könnte aber auch durch eine umschaltbare Antennenanordnung gebildet werden, wie sie in der US 2010/0045536 A1 beschrieben ist, oder durch ein steuerbares Phasenarray von einzelnen Antennen, wie dem Fachmann bekannt.

[0023] Beispielsweise wird die Antennencharakteristik der OBU 5 bzw. der Antennenanlage 13 abhängig von der Position gesteuert, an der sich die OBU 5 im Straßenmautsystem 1 relativ zu den Orten der Mautbaken 2 befindet. In dieser Ausführungsform verfügt die OBU 5 über eine Positionsbestimmungseinrichtung 18, mit welcher sie ihre eigene Position P im Straßenmautsystem 1 ermittelt. Die Positionsbestimmungseinrichtung 18 kann beispielsweise bekannte Geländemarken in der Umgebung der OBU 5 detektieren, um ihre Position in einer digitalen Landkarte zu bestimmen, oder ihren Ort durch Funktriangulation oder Zellkennungsauswertung in einem zellularen Mobilfunknetz bestimmen usw. Bevorzugt ist die Positionsbestimmungseinrichtung 18 ein Satellitennavigationsempfänger, insbesondere GPS-Empfänger, welcher die Position P der OBU 5 in einem globalen Satellitennavigationssystem autark ermittelt.

[0024] An die Positionsbestimmungseinrichtung 18 ist eine Auswerteeinrichtung 19 angeschlossen, welche beispielsweise durch eine Mikroprozessorsteuerung der OBU 5 gebildet sein kann. Der Auswerteeinrichtung 19 ist ferner der Ausgang einer Datenbank 20 zugeführt, in der die bekannten Orte O aller ortsfesten Mautbaken 2 des Straßenmautsystems 1 gespeichert sind. Die Datenbank 2 kann beispielsweise bei der Fertigung der OBU 5 als Firmware mitausgeliefert werden, oder sie kann über den Sendeempfänger 7 von einer Mautbake 2 des Straßenmautsystems 1 her geladen und/oder aktualisiert werden.

[0025] Die Auswerteeinrichtung 19 vergleicht jeweils die aktuelle Position P der OBU 5, wie sie von der Einrichtung 18 bestimmt wird, mit den Orten O der Mautbaken 2 aus der Datenbank 20. Wenn die Position P innerhalb eines vorgegebenen Bereichs 21 rund um einen der bekannten Mautbakenorte O liegt, wird die Passage einer Mautbake 2 detektiert: In diesem Fall steuert die Auswerteeinrichtung 19 die Antennenanlage 13 über die Steuerleitung 14 so an, dass die erste Antennencharakteristik für den nach oben gerichteten Sendeempfangsbereich 8 eingestellt wird. Die Funkkommunikation 4 mit der Mautbake 2 wird dann mit dieser Antennencharakteristik durchgeführt. Wenn die OBU 5 den Bereich 21 verlässt, wird die Antennenanlage 13 auf die zweite Antennencharakteristik für den umgebenden Funkabdeckungsbereich 12 um- bzw. zurückgestellt, so dass die OBU 5 für eine allfällige Kontrolle durch passierende Kontrollfahrzeuge 10 mit Kontrollbaken 9 bereit und ansprechbar ist.

[0026] In einer alternativen OBU 5 entfallen die Positionsbestimmungseinrichtung 18 und die Datenbank 20. Die Auswerteeinrichtung 19 schaltet stattdessen die Antennenanlage 13 periodisch zwischen den beiden Antennencharakteristiken für die Bereiche 8 und 12 hin und her. Sobald der Beginn einer Funkkommunikation 4 oder 11 in einer der beiden Schaltzustände, d.h. in einer der beiden Bereiche 8, 12, von der Auswerteeinrichtung 19 detektiert wird, wird das periodische Umschalten ausgesetzt und diese Funkkommunikation mit genau dieser Antennencharakteristik fortgesetzt und zu Ende geführt. Somit detektiert die Auswerteeinrichtung 19 den Ort des Kommunikationspartners der OBU 5, d.h. ob es sich um eine im Bereich 8 liegende Mautbake 2 oder eine im Bereich 12 liegende Kontrollbake 9 handelt, und stellt die Antennencharakteristik dementsprechend darauf ein.

[0027] Dieselbe Funktionalität kann auch erreicht werden, wenn die Auswerteeinrichtung 19 die Empfangssignale einer Antennenanlage 13 mit zwei gesonderten Antennen 15, 16 parallel auswertet und dann die Funkkommunikation über jene Antenne 15 oder 16 durchführt, über welche der Beginn einer Funkkommunikation 4, 11, d.h. die Kontaktaufnahme von einer Mautbake 2 oder Kontrollbake 9, empfangen wurde.

[0028] Eine erfindungsgemäße Ausführungsform der OBU 5 besteht darin, dass im Rahmen einer Funkkommunikation 4 bzw. 11 von der Mautbake 2 bzw. der Kontrollbake 9 eine Kennung empfangen wird, welche darüber Auskunft gibt, ob es sich um eine Mautbake 2 oder eine Kontrollbake 9 handelt. Beispielsweise wird bei Funkkommunikationen nach dem DSRC-Standard zur Kontaktaufnahme eine BST-Nachricht (beacon service table message) von einer Mautbake 2 bzw. einer Kontrollbake 9 ausgestrahlt, welche als Dienstübersicht der Bake darüber Auskunft gibt, ob es sich um eine ortsfeste Mautbake 2 oder eine mobile Kontrollbake 9 handelt. Die Auswerteeinrichtung 19 kann diese Kennung auswerten und dementsprechend die passende Antennencharakteristik für den Bereich 8 zur Kommunikation mit einer Mautbake 2 oder für den Bereich 12 zur Kommunikation mit einer Kontrollbake 9 in der Antennenanlage 13 des Sendeempfängers 7 einstellen.

[0029] Es versteht sich, dass die hier vorgestellten Ausführungsbeispiele im Rahmen des Erfindungsgedankens entsprechend abgewandelt werden können. Die Erfindung umfasst demgemäß alle Varianten, Modifikationen und Kombinationen der beschriebenen Merkmale, welche in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen.

Ansprüche

1. Fahrzeuggerät für ein Straßenmautsystem (1), mit einem Sendeempfänger (7) zur Kurzreichweiten-Funkkommunikation (4, 11) wahlweise mit Mautbaken (2) oder mit gegenüber diesen tiefer liegenden Kontrollbaken (9), wobei der Sendeempfänger (7) eine Antennenanlage (13) mit zumindest zwei einstellbaren Antennencharakteristiken hat, von denen die erste einen höheren Funkabdeckungsbereich (8) und die zweite einen tieferen Funkabdeckungsbereich (12) bezüglich des Fahrzeuggeräts (5) hat, wobei das Fahrzeuggerät (5) dafür ausgebildet ist, bei der Funkkommunikation (4) mit einer Mautbake (2) die erste und bei der Funkkommunikation (11) mit einer Kontrollbake (9) die zweite Antennencharakteristik einzustellen,
dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeuggerät (5) eine an die Antennenanlage (13) angeschlossene Auswerteeinrichtung (19) aufweist, welche dafür ausgebildet ist, eine als Beginn einer Funkkommunikation (4, 11) empfangene Kennung einer Mautbake (2) zu detektieren und im Detektionsfall für diese Funkkommunikation (4) die erste Antennencharakteristik einzustellen.

2. Fahrzeuggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennung eine BST-Nachricht nach dem DSRC-Standard ist.

3. Fahrzeuggerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es vor Beginn einer Funkkommunikation (4, 11) auf die zweite Antennencharakteristik eingestellt ist.

4. Fahrzeuggerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendeempfänger (7) ein DSRC-Sendeempfänger ist.

Claims

1. Onboard unit for a road toll system (1), having a transceiver (7) for short range radio communication (4, 11) selectively either with toll beacons (2) or with inspection beacons (9) located lower than the toll beacons, wherein the transceiver (7) has an antenna system (13) with at least two selectable antenna characteristics the first of which having a higher radio coverage area (8) and the second of which having a lower radio coverage area (12) with respect to the onboard unit (5), wherein the onboard unit (5) is configured to select the first antenna characteristic when radio communicating (4) with a toll beacon (2) and the second antenna characteristic when radio communicating (11) with an inspection beacon (9),
characterized in that
the onboard unit (5) has an evaluation device (19) connected to the antenna system (13), which evaluation device is configured to detect an identifier of a toll beacon (2) received as the start of a radio communication (4, 11) and in case of detection to select the first antenna characteristic for this radio communication (4).

2. Onboard unit according to claim 1, characterized in that the identifier is a BST message according to the DSRC standard.

3. Onboard unit according to claim 1 or 2, characterized in that it is set to the second antenna characteristic prior to the start of a radio communication (4, 11).

4. Onboard unit according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the transceiver (7) is a DSRC transceiver.

Revendications

1. Appareil de véhicule pour un système de péage routier (1), comprenant un émetteur-récepteur (7) pour une communication radio à courte portée (4, 11), au choix avec des balises de péage (2) ou avec des balises de contrôle (9) situées plus bas par rapport à ces dernières, dans lequel l'émetteur-récepteur (7) possède une installation d'antenne (13) avec au moins deux caractéristiques d'antenne sélectionnables, parmi lesquelles la première présente une zone de couverture radio plus élevée (8) et la seconde présente une zone de couverture radio plus basse (12) par référence à l'appareil de véhicule (5), ledit appareil de véhicule (5) étant réalisé, lors d'une communication radio (4) avec une balise de péage (2), pour sélectionner la première caractéristique d'antenne, et lors d'une communication radio (11) avec une balise de contrôle (9), pour sélectionner la seconde caractéristique d'antenne,
caractérisé en ce que
l'appareil de véhicule (5) comprend un système d'évaluation (19) raccordé à l'installation d'antenne (13), lequel est réalisé pour détecter un indicatif d'une balise de péage (2) reçu à titre de commencement d'une communication radio (4, 11) et dans le cas de détection pour cette communication radio (4), pour sélectionner la première caractéristique d'antenne.

2. Appareil de véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'indicatif est une information BST d'après la norme DSRC.

3. Appareil de véhicule selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, avant le commencement d'une communication radio (4, 11), il est établi sur la seconde caractéristique d'antenne.

4. Appareil de véhicule selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'émetteur-récepteur (7) est un émetteur-récepteur DSRC.

Zeichnung